Baterias EV: Nova pesquisa reduz o tempo de carregamento completo no mundo real para minutos

As baterias de VEÍCULOS ELÉTRICOS (EV) são o coração pulsante dos carros elétricos. Mas quando se trata de vendas, elas também são o calcanhar de Aquiles dos EVs.

O tempo de carregamento depende de vários fatores, incluindo o tamanho da bateria, o clima da sua região e a taxa máxima de carga do veículo.

Embora as vendas de veículos elétricos tenham disparado nos últimos 10 anos, especialistas do setor afirmam que os longos tempos de carregamento ainda estão prejudicando as vendas.

Muitas das baterias que alimentam carros elétricos hoje podem levar 12 horas para carregar usando uma tomada de Nível 2. Os motoristas de hoje estão acostumados a encher seus tanques de gasolina em menos de cinco minutos.

Mesmo EVs de longo alcance exigem algumas horas de carregamento. Por exemplo, você precisará de cerca de seis horas e meia para carregar totalmente a bateria EV de um veículo Tesla Model 3 Long Range 2022.

“É uma das grandes barreiras para alguém que ainda não vive com um veículo elétrico a bateria”, diz Alex Tripi, chefe do departamento de marketing de veículos elétricos da Volvo.

Mas e se você pudesse reduzir o tempo médio de carregamento para apenas 11 minutos ou mais? Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia publicaram recentemente um estudo que afirma que um simples ajuste pode fazer exatamente isso.

Um ajuste simples adiciona energia rápida e segura às baterias de veículos elétricos padrão.

O novo estudo mostra como adicionar uma fina folha de níquel dentro de uma bateria de veículo elétrico padrão pode reduzir seu tempo de carregamento para alguns minutos.

Para o experimento, os pesquisadores usaram uma bateria EV de íons de lítio com alcance de 560 quilômetros quando totalmente carregada.

Ao adicionar uma folha de níquel ultrafina ao seu interior, eles descobriram que podiam recarregar a bateria de zero a 70 por cento em 11 minutos. Isso é o suficiente para manter um EV funcionando por cerca de 400 quilômetros.

Quando os pesquisadores estenderam o tempo de carregamento para 12 minutos, eles descobriram que podiam carregar a bateria EV modificada para 75 por cento. Essa quantidade de energia poderia alimentar um carro elétrico por 440 quilômetros.

“Nossa tecnologia permite que baterias menores e de carregamento mais rápido sejam implantadas para adoção em massa de carros elétricos acessíveis”, diz o autor sênior do estudo, Chao-Yang Wang.

Wang está confiante de que a nova tecnologia eliminará a ansiedade de alcance, que impede muitos compradores em potencial de investir em carros elétricos.

As novas baterias de veículos elétricos carregam mais rápido, mas não rápido o suficiente.

A ansiedade de alcance é o medo de que a bateria do EV do seu carro elétrico não tenha carga suficiente para levá-lo aonde você precisa ir. Especialistas do setor dizem que essa ainda é uma das maiores barreiras que impedem as frotas de se tornarem elétricas.

A quilometragem real das baterias de EV em carros elétricos mais antigos tinha uma reputação ruim. Essa reputação persistiu mesmo quando os fabricantes de EV fizeram algum progresso na redução dos tempos de carregamento e no aumento do alcance de seus veículos.

A última geração de veículos elétricos, muitos com autonomia de cerca de 480 quilômetros com carga completa, pode aceitar eletricidade a uma taxa muito mais rápida do que os modelos anteriores.

O problema é que a maioria das estações de recarga públicas enchem os carros muito lentamente. Elas geralmente levam horas – não minutos – para fornecer eletricidade suficiente para uma viagem longa.

Wang associa o problema aos sistemas de gerenciamento de bateria em baterias de EV de íons de lítio. Esses sistemas alteram a taxa de carga das baterias em relação à temperatura interna da bateria.

O motivo pelo qual isso acontece tem a ver com resistência elétrica – como qualquer material se opõe a uma corrente elétrica. Essa condutividade é ditada por quanto espaço os átomos desses materiais permitem que os elétrons passem rapidamente.

Conforme o calor aumenta, esses átomos começam a se mover mais. O movimento deles ajuda a aumentar o desempenho da bateria. No entanto, altas velocidades de carregamento podem fazer com que as baterias de lítio superaqueçam, o que degrada as baterias de EV ao longo do tempo.

Indo contra a mentalidade tradicional

Por pior que o calor pareça, o clima frio do inverno tende a aumentar o tempo de carregamento. Isso ocorre porque o eletrólito líquido nas baterias de EV fica mais viscoso no clima frio. Eventualmente, o líquido congela. Isso aumenta a resistência, diminuindo assim o desempenho da bateria.

Manter as baterias na temperatura exata tem sido um grande desafio para os engenheiros de baterias, diz Wang.

No passado, as montadoras dependiam de sistemas volumosos de aquecimento e resfriamento externos para regular a temperatura das baterias de EV. Eles respondiam lentamente e desperdiçavam muita energia.

Wang diz que ele e seus colegas queriam encontrar uma maneira simples de levar baterias de veículos elétricos padrão a uma temperatura elevada em um minuto, já que o carregamento rápido dura apenas 10 minutos.

“Acontece que inventamos uma película de aquecimento interna em nosso trabalho anterior sobre baterias autoaquecidas”, diz Wang.

Em 2016, Wang e seus associados adicionaram folha de níquel ao interior de baterias de íons de lítio para aquecê-las e ajudá-las a ter melhor desempenho no frio congelante. Os resultados foram promissores.

“Baterias convencionais de íons de lítio são desenvolvidas para eletrônicos portáteis – como tal, cientistas e desenvolvedores têm muito medo do calor”, explica Wang. “Fomos contra essa mentalidade tradicional.”

Melhorando o estado da arte em baterias de veículos elétricos

No novo estudo, Wang e seus colegas usaram novamente folha de níquel para aquecer baterias de EV. Ao aquecer um dispositivo de carregamento a 60 °C por apenas 10 minutos, eles conseguiram acelerar a incorporação de íons de lítio em camadas de grafite que compõem o ânodo da bateria de EV. Este é um passo fundamental na recarga de baterias de EV.

Os pesquisadores descobriram que “baterias de íons de lítio podem ser muito estáveis ​​e seguras em temperaturas elevadas com um simples ajuste dos materiais da bateria”, diz Wang.

Wang diz que o processo é diferente dos usados ​​em carros elétricos atuais, que os fabricantes afirmam poder percorrer 160 ou 240 quilômetros após 10 minutos de carga.

Wang ressalta que esses carros geralmente têm uma autonomia de cruzeiro de 600 milhas. “Abastecer com energia por 150 milhas é essencialmente igual a carregar até 25 por cento”, diz Wang. “Nosso trabalho melhora o atual estado da arte em três vezes.”

A bateria dos pesquisadores durou mais de 900 ciclos quando carregada a 70 por cento. Quando carregada a 75 por cento, a bateria durou 2.000 ciclos.

“Quando usamos 200 milhas por carga, podemos parar e ir ao banheiro, e 10 minutos depois o veículo está recarregado e pronto para mais 200 milhas de viagem”, diz Wang. “Então não há ansiedade de alcance dessa forma.”

Você tem um carro elétrico? O quanto o tempo de carregamento foi um fator na sua decisão de comprar um EV?

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